JP2007131463A - Method of treating waste plastic containing carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集塵器によりセメントキルン排気ガス中の煤塵を補足するように構成したセメント製造プロセスにおいて、集塵器の荷電異常による発塵を発生させることなく炭素繊維を含む廃プラスチックを処理する方法に関する。 The present invention treats waste plastic containing carbon fiber without generating dust due to abnormal charging of the dust collector in a cement manufacturing process configured to supplement the dust in the cement kiln exhaust gas with a dust collector. Regarding the method.
近年、セメント工場はプラスチックや汚泥等の廃棄物をセメント製造の燃料や原料として有効活用するための重要なプロセスとして位置付けられている。例えば、特許文献1には、廃FRPをセメント製造工程のプレヒーターに投入し、補助燃料として使用する方法が記載されている。
In recent years, cement factories have been positioned as an important process for effectively using wastes such as plastics and sludge as fuel and raw materials for cement production. For example,
しかし、炭素繊維を含む廃プラスチックをセメントキルンのキルンバーナに投入して処理しようとした場合、セメントキルン排気ガス中の煤塵を捕集するための集塵器において、煤塵の捕集効率の低下を引き起こして発塵に至るという問題が生じる。このため、炭素繊維を含む廃プラスチックをセメント製造装置において処理する場合に、廃プラスチックから予め炭素繊維を除去する必要があった。
本発明は、捕集効率の低下を引き起こすとこなく、炭素繊維を含む廃プラスチックを炭素繊維の分別という特別な前処理を施すことなく、セメント製造装置において大量に安定的に処理することができる炭素繊維を含む廃プラスチックの処理方法を提供することを目的とする。 The present invention does not cause a decrease in the collection efficiency, and carbon that can be stably processed in a large amount in a cement production apparatus without performing a special pretreatment of separating carbon fibers on waste plastics containing carbon fibers. It aims at providing the processing method of the waste plastic containing a fiber.
本発明者らは、上記課題を解決するために炭素繊維を含む廃プラスチックの粒径や燃焼温度等の処理条件について鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維を完全燃焼せしめて、電気集塵器の荷電異常による捕集効率の低下を防止できる知見を見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は炭素繊維を含む廃プラスチックをセメントキルンに供給し燃焼処理を行うことにより生じる排気ガスを集塵器に供給して、前記排気ガス中の煤塵を捕集するようにした炭素繊維を含む廃プラスチックの処理方法において、炭素繊維を含む廃プラスチックを平均粒径が3mm以下になるように粉砕し、セメントキルンの内部温度が1200℃以上である位置に供給することを特徴とする炭素繊維を含む廃プラスチックの処理方法である。
In order to solve the above problems, the present inventors have made extensive studies on the processing conditions such as the particle size and combustion temperature of waste plastic containing carbon fiber, and as a result, the carbon fiber is completely burned, and the electric dust collector The present inventors have completed the present invention by discovering knowledge that can prevent a reduction in collection efficiency due to charging abnormality.
That is, the present invention supplies carbon dioxide-containing waste plastic to a cement kiln and performs exhaust treatment to supply exhaust gas to a dust collector so as to collect the soot in the exhaust gas. In which the waste plastic containing carbon fiber is pulverized so as to have an average particle size of 3 mm or less and supplied to a position where the internal temperature of the cement kiln is 1200 ° C. or more. This is a method for treating waste plastics containing fibers.
本発明によれば、集塵器の捕集効率の低下を引き起こすとこなく安定化させ、炭素繊維の分別を施すことなく、炭素繊維を含む廃プラスチックをセメント製造装置において大量に安定的に処理することができる。また、炭素繊維を含む廃プラスチックを燃料の一部に使用して得られたセメントの品質は、炭素繊維を含む廃プラスチックを使用しない場合に比べて遜色のないものである。 According to the present invention, the waste plastic containing carbon fiber is stably processed in a large amount in a cement manufacturing apparatus without causing a decrease in the collection efficiency of the dust collector and without separating the carbon fiber. be able to. In addition, the quality of cement obtained by using waste plastics containing carbon fibers as part of the fuel is inferior to when cement plastics containing carbon fibers are not used.
図1を用いて本発明を詳細に説明する。図1は本発明を実施するセメント製造装置の概略図である。まず、本発明において用いられる炭素繊維を含む廃プラスチックについて説明する。本発明において用いられる炭素繊維とは、グラファイト状の炭素からできた高強度、高剛性等の特性に優れた繊維をいう。炭素繊維の一例としては、ポリアクリルニトル(PAN)やピッチ系繊維等を酸化性雰囲気中で150〜400℃に加熱することにより耐炎化処理を行なった後、不活性雰囲気中で800℃〜1400℃に加熱し炭化処理することにより得られた全体の90質量%以上が炭素で構成されたものをいう。 The present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of a cement production apparatus for carrying out the present invention. First, the waste plastic containing carbon fiber used in the present invention will be described. The carbon fiber used in the present invention refers to a fiber made of graphite-like carbon and having excellent characteristics such as high strength and high rigidity. As an example of the carbon fiber, after performing a flameproofing treatment by heating polyacryl nitrile (PAN), pitch-based fiber or the like to 150 to 400 ° C. in an oxidizing atmosphere, 800 ° C. to 1400 in an inert atmosphere. 90 mass% or more of the whole obtained by heating to carbon and carbonizing is said.
ポリエチレン、ポリプロピレン・ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ABSやナイロン等を少なくとも一種類以上含む廃プラスチックに対して、上記の炭素繊維が単に混合されたものや、表面にコーティングされたもの、混練、溶融、溶着されたものなどを本発明で用いられる炭素繊維を含む廃プラスチックという。本発明において用いられる炭素繊維を含むプラスチックの具体例としては、炭素繊維を含むプラスチックコンパウンドを使用しているノートパソコンや液晶プロジェクターの廃棄物等が挙げられる。
炭素繊維を含む廃プラスチック中の炭素繊維の含有率は、特に限定されるものではないが、例えば10〜50質量%が好ましく使用される。
To the waste plastic containing at least one kind of thermoplastic resin such as polyethylene, polypropylene and polystyrene, thermosetting resin such as phenol resin, ABS, nylon, etc. The coated, kneaded, melted, and welded materials are called waste plastics containing carbon fibers used in the present invention. Specific examples of the plastic containing carbon fiber used in the present invention include wastes of notebook computers and liquid crystal projectors that use a plastic compound containing carbon fiber.
Although the content rate of the carbon fiber in the waste plastic containing carbon fiber is not specifically limited, For example, 10-50 mass% is used preferably.
炭素繊維を含む廃プラスチック用タンク2に貯蔵された炭素繊維を含む廃プラスチックは、ベルトコンベア3によって粉砕装置1に供給される。粉砕装置としては、竪型ローラミルやボールミルなどが挙げられるが、竪型ローラミルが好ましく使用される。炭素繊維を含む廃プラスチックは、粉砕装置1において、平均粒径が3mm以下に破砕される。ここで、平均粒径とは、粉砕品を篩にかけて篩上の質量%を測定し、篩上質量50%に相当する径を算出した平均粒子径をいう。
平均粒径が3mm以下となるように破砕された炭素繊維を含む廃プラスチックは、粉砕装置内を通過する空気によって集塵器4に供給される。集塵器4において捕集された炭素繊維を含む廃プラスチックは、圧縮空気によってキルンバーナ21および/または廃プラバーナ22に供給される。
Waste plastic containing carbon fibers stored in a waste plastic tank 2 containing carbon fibers is supplied to the pulverizing
Waste plastic containing carbon fibers crushed so as to have an average particle size of 3 mm or less is supplied to the dust collector 4 by air passing through the pulverizing apparatus. Waste plastic containing carbon fibers collected in the dust collector 4 is supplied to the
石炭用タンク18に貯蔵された石炭は、ベルトコンベア25によって粉砕装置14に供給される。粉砕装置としては、竪型ローラミルやボールミルなどが挙げられる。破砕された石炭である微粉炭は、粉砕装置内を通過する空気によって集塵器16に供給される。集塵器16において捕集された微粉炭は、圧縮空気によってキルンバーナ21に供給される。
Coal stored in the
上記においては、炭素繊維を含む廃プラスチックと石炭を個別に粉砕してロータリーキルン6に供給する態様について説明したが、図2に示すように炭素繊維を含む廃プラスチック用タンク19に貯蔵された炭素繊維を含む廃プラスチックと、石炭用タンク18に貯蔵された石炭および/またはオイルコークスを混合して粉砕装置14において粉砕することも可能である。また、炭素繊維を含む廃プラスチックと石炭および/またはオイルコークスとを独立して粉砕装置14に供給して混合粉砕することも可能である。これにより、炭素繊維を含む廃プラスチックを単独で粉砕する場合と比べて粉砕装置の構成部品の摩耗を少なくすることができる。また、新たな粉砕装置を設置することなく、既存の石炭の粉砕装置を有効利用することができるので経済的に優れている。
In the above description, the waste plastic containing carbon fiber and coal are individually pulverized and supplied to the
本発明において用いられる石炭の種類は、特に制限されず、いかなる種類の石炭を用いても良い。例えば、瀝青炭、無縁炭、泥炭、褐炭及び亜炭から選ばれる1種または2種以上を用いることができる。また、本発明において用いられるオイルコークスとは、石油精製後、アスファルト、ピッチを更に分留した後の残渣をいう。 The type of coal used in the present invention is not particularly limited, and any type of coal may be used. For example, the 1 type (s) or 2 or more types chosen from bituminous coal, unrelated coal, peat, lignite, and lignite can be used. The oil coke used in the present invention refers to a residue after further refining asphalt and pitch after petroleum refining.
図1および図2の態様におけるキルンバーナ21に供給される微粉炭と炭素繊維を含む廃プラスチックの供給割合は、微粉炭と炭素繊維を含む廃プラスチックの総質量を100とすると、炭素繊維を含む廃プラスチックは、0を超え10以下、好ましくは0.5以上5以下である。
The supply ratio of waste plastic containing pulverized coal and carbon fiber supplied to the
廃プラバーナ22に供給された平均粒径が3mm以下に粉砕された炭素繊維を含む廃プラスチックは、ロータリーキルン6において焼成される。ロータリーキルン6の種類は特に制限されず、例えば、サスペンションプレヒーター(SP)や、ニューサスペンションプレヒーター(NSP)キルンを適用することができる。ロータリーキルン6の温度は、950℃から1500℃である。本発明においては、炭素繊維を含む廃プラスチックをセメントキルン内において温度が1200℃以上で、滞留時間が3秒以上滞留させることが必要である。
Waste plastic containing carbon fibers pulverized to an average particle size of 3 mm or less supplied to the
ロータリーキルン6、窯尻8、仮焼炉9、サイクロン23からの排気ガスは、調湿塔24に供給される。調湿塔24で調湿された排気ガスは、原料粉砕装置10に供給され、セメント原料と熱交換される。熱交換された排気ガスは、電気集塵器11においてダストが除去された後、煙突12から排出される。
Exhaust gas from the
ここで、電気集塵器11について図3を用いて説明する。
電気集塵機11は、約80kVの直流高電圧を印加した放電極30と集塵極29の間に含塵ガス27を通過させることにより、コロナ放電によってガス中の粒子に電荷をあたえ、帯電粒子を集塵極29に付着せしめ、ガス中の粒子を除去し、浄化ガス28を排出している。電気集塵器による集塵は、コロナ放電を利用している。含塵ガス27中の粒子は負の帯電体となってクーロン力により集塵極に移行する。このようにして無数の粒子が次々に集塵極29に達する。これらが集塵極29で大きな集合体となってガス中から落下してガス中から分離して落下する。電気集塵器は集塵効率を一定に保つ為に、電圧計32で常時電圧を監視し、整流器電圧を一定に保つように努めている。含塵ガス26中に導電性の高いカーボン繊維が混入すると、集塵極に集められた粒子群が局部的に導電性が高くなり、電気集塵器11内の電解強度が著しく不均一になり、電圧計32指示値が低下し、集塵効率低下を招く。特に、電圧計32指示値が5kV以上低下すると、煤塵濃度計33指示値が上昇し、発塵に至る。煤塵濃度計としては、光透過式が挙げられる。
Here, the
The
[実施例1]
ポリエチレンの表面に炭素繊維が10質量%コーティングされた廃プラスチックを、回転型カッター式剪断粗砕機によって、あらかじめ30mm以下に予備破砕した後、セパレータ付きの竪型ローラミルの粉砕テーブル中央に供給管を通して供給し、上記廃プラスチックを粉砕テーブルに従動する複数のローラで粉砕して粉砕テーブルの外周より排出し、粉砕物を粉砕テーブル外周下方より噴出するガスによりセパレータに導入し、セパレータで微粉と粗粉とに分級し、微粉成分を製品として回収するとともに、粗粉成分を粉砕テーブル中央に戻し粉砕する。
平均粒径が2mm,3mm,3.5mm,4mmの粉砕品は、セパレータに設置された回転羽の回転数と粉砕テーブル外周下方より噴出するガス量を変えることにより得た。具体的には、2mmを得るためには、回転羽の回転数を上げて、噴出するガス量を低下させた。一方、4mmの粉砕品を得るためには、回転羽の回転数を下げて、噴出するガス量を上昇させた。平均粒径は、以下の方法に従い求めた。篩は、JIS Z 8801 に規定された篩網である公称目開き9.5mm、4.75mm、1.18mm、600μm、300μm、150μmのものを使用し、JIS R 5201の7.2.2項の網篩試験操作に従い篩試験を実施した。この篩分け後、篩上の質量%を測定し、篩上質量50%に相当する径を算出した平均粒子径とした。
[Example 1]
Waste plastic whose carbon fiber is coated on the surface of polyethylene by 10% by mass is preliminarily crushed to 30 mm or less by a rotary cutter type shear crusher, and then supplied to the center of a crushing table of a vertical roller mill with a separator through a supply pipe The waste plastic is pulverized by a plurality of rollers driven by a pulverizing table, discharged from the outer periphery of the pulverizing table, and the pulverized product is introduced into the separator by gas ejected from the lower periphery of the pulverizing table. The fine powder component is recovered as a product, and the coarse powder component is returned to the center of the grinding table and pulverized.
The pulverized products having an average particle diameter of 2 mm, 3 mm, 3.5 mm, and 4 mm were obtained by changing the number of rotations of the rotary blades installed in the separator and the amount of gas ejected from the lower periphery of the pulverization table. Specifically, in order to obtain 2 mm, the rotational speed of the rotating blades was increased to reduce the amount of gas to be ejected. On the other hand, in order to obtain a 4 mm pulverized product, the rotational speed of the rotating blades was decreased and the amount of gas to be ejected was increased. The average particle size was determined according to the following method. A sieve having a nominal mesh size of 9.5 mm, 4.75 mm, 1.18 mm, 600 μm, 300 μm, and 150 μm as defined in JIS Z 8801 is used. Item 7.2.2 of JIS R 5201 The sieve test was carried out according to the net sieve test procedure of After the sieving, the mass% on the sieve was measured, and the diameter corresponding to the mass on the sieve was calculated as the average particle diameter.
この粉砕品を図1に示すNSPキルンの廃プラバーナ22に粉砕品を1時間あたり100kg投入した。セメント原料、仮焼炉用の微粉炭およびキルンバーナ用微粉炭の1時間あたりの供給量は、それぞれ400t、13t、13tであった。プレヒーターから排出される排気ガスは、400kNm3/時間であった。電気集塵器11において排気ガスに含まれる煤塵を捕集した。煤塵の捕集量は1時間あたり400tであった。操業中における電気集塵器の荷電異常の有無(一時間あたりの変動幅の平均値は、設定電圧±1kV以下であるか否か)を確認した。結果は表1に示す。その結果、平均粒径が3mm以下の場合に、電気集塵器の荷電異常は認められず煤塵の捕集効率が安定化した。また、電気集塵器の排気ガスの出口に設置した光透過式の煤塵濃度計の煤塵濃度指示値も、変化は見られなかった。さらに、セメントクリンカの品質は、廃プラスチックを使用しない場合と比べて同等であった。
100 kg of the pulverized product per hour was put in the
[比較例1]
実施例1における廃プラバーナ22に変えて、窯尻8に炭素繊維を含む廃プラスチックを1時間あたり100kg投入した以外は、実施例1と同じ条件で炭素繊維を含む廃プラスチックを燃焼処理した。その結果を表1に示す。その結果、いずれの粉砕品も5kV以上の電圧低下を伴った。
[Comparative Example 1]
The waste plastic containing carbon fiber was burned under the same conditions as in Example 1 except that 100 kg of waste plastic containing carbon fiber per hour was added to the
[比較例2]
実施例1における廃プラバーナ22に変えて、仮焼炉9に炭素繊維を含む廃プラスチックを1時間あたり100kg投入した以外は、実施例1と同じ条件で炭素繊維を含む廃プラスチックを燃焼処理した。その結果を表1に示す。その結果、いずれの粉砕品も10kV以上の電圧低下を伴った。
[Comparative Example 2]
The waste plastic containing carbon fiber was combusted under the same conditions as in Example 1 except that 100 kg of waste plastic containing carbon fiber per hour was charged into the calcining furnace 9 instead of the
[実施例2]
図2に示す装置において、石炭を1時間あたり14tと、回転型カッター式剪断粗砕機によってあらかじめ70mm以下に予備破砕したポリエチレンに50質量%の炭素繊維が混練された廃プラスチックを1時間あたり0.7tとを、粉砕装置14において混合粉砕した。混合粉砕した粉砕物中の炭素繊維を含む廃プラスチックの平均粒径は、以下に示す方法に従って求めた。粉砕品を1kg採取し、水を20L供給した。水面に浮上した炭素繊維を含む廃プラスチックを掻き取り、40℃の恒温器で1週間乾燥した。その後、JIS Z 8801 に規定された篩網である公称目開き9.5mm、4.75mm、1.18mm、600μm、300μm、150μmの篩を使用し、乾燥物をJIS R 5201の7.2.2項の網篩試験操作に従い篩試験を実施した。この篩分け後、篩上の質量%を測定し、篩上質量50%に相当する径を算出した平均粒子径とした。その結果、平均粒子径は3mmであった。粉砕品をキルンバーナ21に供給して燃焼処理を行なった。上記以外は、実施例1と同じ条件において行なった。電気集塵器11の荷電異常の有無を確認した結果、荷電異常は認められず煤塵の捕集効率が安定化した。また、電気集塵器の排気ガスの出口に設置した光透過式の煤塵濃度計の煤塵濃度指示値も、変化は見られなかった。さらに、セメントクリンカの品質は、廃プラスチックを使用しない場合と比べて同等であった。
[Example 2]
In the apparatus shown in FIG. 2, waste plastic in which 50% by mass of carbon fiber is kneaded with polyethylene preliminarily crushed to 70 mm or less by a rotary cutter type shear crusher is set to 0.02 per hour. 7 t was mixed and pulverized in the pulverizer 14. The average particle diameter of the waste plastic containing carbon fibers in the pulverized product obtained by mixing and pulverizing was determined according to the method shown below. 1 kg of the pulverized product was collected and 20 L of water was supplied. The waste plastic containing carbon fiber that floated on the water surface was scraped off and dried in a 40 ° C. incubator for one week. Thereafter, a sieve having a nominal mesh of 9.5 mm, 4.75 mm, 1.18 mm, 600 μm, 300 μm, and 150 μm, which is a sieve mesh specified in JIS Z 8801, was used, and the dried product was subjected to 7.2. Of JIS R 5201. A sieve test was carried out according to the mesh sieve test procedure of item 2. After the sieving, the mass% on the sieve was measured, and the diameter corresponding to the mass on the sieve was calculated as the average particle diameter. As a result, the average particle diameter was 3 mm. The pulverized product was supplied to the
本発明は、炭素繊維を含む廃プラスチックをセメント製造の原料や燃料として使用する際に利用可能である。 The present invention can be used when waste plastic containing carbon fiber is used as a raw material or fuel for cement production.
1 粉砕装置
2 炭素繊維を含んだプラスチック用タンク
3 ベルトコンベア
4 集塵器
5 ファン
6 ロータリーキルン
7 窯前
8 窯尻
9 仮焼炉
10 原料粉砕装置
11 電気集塵器
12 煙突
13 サイクロンに供給する原料ライン
14 粉砕装置
15 粉砕装置
16 集塵器
17 集塵器
18 石炭用タンク
19 炭素繊維を含む廃プラスチック用タンク
20 石炭用タンク
21 キルンバーナ
22 廃プラバーナ
23 サイクロン
24 調湿塔
25 ベルトコンベア
26 ベルトコンベア
27 含塵ガス
28 浄化ガス
29 集塵極
30 放電極
31 整流器
32 電圧計
33 煤塵濃度計
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